полимеры

Полимерами, т.е. высокомолекулярными соединениями называются вещества природного или синтетического происхождения с молекулярной массой более 104. Поскольку по значению синтетические высокомолекулярные соединения преобладают над природными, ниже будут рассмотрены только синтетические.

Химические реакции, лежащие в основе синтеза полимеров, подразделяют на реакции полимеризации, поликонденсации и полиприсоединения.

Полимер состоит из смеси молекул с одинаковыми структурными элементами, но различной относительной молекулярной массой. Это свойство называется полимолекулярностью. Причиной полимолекулярности является статистический ход реакции образования макромолекул.

Полимолекулярность — характерное свойство высокомолекулярных соединений. Понятие «молекулярная масса высокомолекулярных соединений» отличается от понятия «молекулярная масса низкомолекулярных соединений». Высокомолекулярные соединения характеризуются средней величиной молекулярной массы.

В зависимости от применяемого метода определения молекулярной массы, могут быть получены различные ее значения. Если величина измеренной данной полимерной массы пропорциональна числу молекул, то получается среднее числовое значение Mn относительной молекулярной массы. Среднемассовое значение молекулярной массы Mw дают методы, в основе которых лежит измерение эффектов, обусловленных размером макромолекул.

Так как при определении среднемассового значения Mw более крупные макромолекулы сильнее влияют на измеряемую величину, то Mw > Mn При Mw = Mn все макромолекулы имеют одинаковую величину. Чем шире распределение по величине молекулярной массы, тем больше отношение Mw/Mn отклоняется от 1. Отношение Mw/Mn— 1 называется неоднородностью и представляет собой меру полимолекулярности.

кривые молекулярно-массового распределения полимеров
кривые ММР

1    — неоднородное распределение
2    — однородное распределение

Следствием полимолекулярности являются различные функции молекулярно-массового распределения (ММР). Чем шире и асимметричнее кривая ММР ( кривая 1), тем больше разница между молекулярными массами полимерных молекул.

В соответствии с областями применения высокомолекулярные соединения делят на пластики, эластомеры и волокнообразующие полимеры.

Между пластиками, эластомерами и волокнообразующими полимерами существует ряд переходных состояний. Например, имеется ряд волокнистых полимеров, например полиамиды и полиэфиры, которые используются как пластики, в то время как большинство пластиков из-за их недостаточной кристалличности не могут применяться в качестве волокон. Полиуретаны же в зависимости от их химического строения могут применяться в качестве волокон, эластомеров и пластиков.
Высокомолекулярные соединения также можно классифицировать и по геометрическому строению молекулярной цепи.
В соответствии с геометрическим строением молекулярных цепей высокомолекулярные соединения подразделяются на линейные, разветвленные и сшитые.

 

Линейные полимерыхарактеризуются такой формой молекуллинейные полимеры

Они способны кристаллизоваться, образовывать волокна. Наряду с кристаллическими веществами макромолекулы линейной формы имеют некоторые пластики. Линейные полимеры растворимы.

 

Разветвленные полимерыразветвленные полимерыимеют макромолекулы следующей формы

Разветвления сильно влияют на свойства полимеров, вызывают уменьшение кристалличности полимеров. Разветвления обнаруживаются у большинства пластиков.

 

Сшитым полимерамсшитые полимерысвойственна такая форма молекулЭти полимеры при нагревании не становятся пластичными. Они нерастворимы, но набухают в соответствующих растворителях. Степень набухания является функцией степени сшивания.

В соответствии с назначением материалы на основе высокомолекулярных соединений делят на пластмассы для массового использования, конструкционные материалы и специальные материалы.
Наибольшее применение для изготовления пластмасс нашли ПВХ и полиэтилен, для конструкционных материалов — полиуретаны и полиэфиры, а полиамиды и полисульфоны — для специальных материалов.

Полимеры для пластмасс значительно дешевле конструктивных материалов, а последние в свою очередь дешевле специальных материалов.
Свойства индивидуальных полимеров не всегда отвечают разнообразным требованиям к ним. Поэтому решающее значение приобретает вопрос о сочетании свойств, присущих индивидуальным полимерам. Имеется два пути, по которым можно получить полимерные материалы с заданными свойствами: синтез сополимеров из различных по своему химическому строению мономеров и механическое смешение индивидуальных полимеров.
Механическое смешение полимеров имеет больше возможностей, чем их синтез. Однако при получении смесей полимеров необходимо учитывать, что только немногие из них обнаруживают термодинамическую совместимость. Смеси полимеров расслаиваются, но так как диффузия макромолекул протекает очень медленно, смеси полимеров во многих случаях кажутся кинетически стабильными.